Kosmische Zensur ist ein vage definiertes Forschungsprogramm, das auf Vermutungen von Roger Penrose in den 1970er Jahren zurückgeht. Ein Teil des Forschungsprogramms besteht darin, nach nützlichen Wegen zu suchen, um kosmische Zensur zu definieren, und ein Teil davon besteht darin, zu versuchen, sie zu beweisen oder zu widerlegen.
Schwache kosmische Zensur ist grob gesagt die Hypothese, dass beim Gravitationskollaps ausgehend von generischen, regulären Anfangsbedingungen mit vernünftigen Materiefeldern die klassische allgemeine Relativitätstheorie niemals zu einer Singularität führt, die von einem entfernten Beobachter gesehen werden kann. Das heißt, die Singularität ist immer anständig in einen Ereignishorizont „gekleidet“, wie etwa in den eines Schwarzen Lochs.
Eine starke kosmische Zensur besagt, dass unter ähnlichen Hypothesen nackte Singularitäten nicht existieren. Eine nackte Singularität ist eine, die sowohl in den vergangenen als auch in den zukünftigen Lichtkegeln eines Beobachters liegen kann.
Wie ist der aktuelle Stand der kosmischen Zensur?
Ich werde eine Antwort auf meine eigene Frage liefern, aber ich bin wirklich daran interessiert zu sehen, ob andere bessere oder andere Informationen haben als das, was ich durch halb zufällige Suchen in der umfangreichen Literatur zusammentragen konnte.
Der allgemeine Eindruck, den ich bekomme, ist, dass die kosmische Zensur (CC) tot aussieht. Die Situation scheint ein bisschen so zu sein wie in der künstlichen Intelligenz, wo man KI über die Jahre immer wieder neu definierte, sodass ein einmal gelöstes Problem nicht mehr als „echte“ KI galt. Im Laufe von 40 Jahren sind immer mehr Gegenbeispiele aufgetaucht, und um CC am Leben zu erhalten, war es notwendig, strengere und strengere Annahmen hinzuzufügen.
Im Allgemeinen sollte eine sinnvolle Definition dessen, was es bedeutet, gegen eine schwache kosmische Zensur zu verstoßen, wahrscheinlich so etwas wie die folgenden Zutaten enthalten.
Wenn wir so etwas wie Bedingung 1 nicht auferlegen, können wir Anfangsbedingungen aufstellen, die uninteressant sind, weil sie unrealistisch sind. Aus diesem Grund untersucht man normalerweise Raumzeiten, die asymptotisch flach sind. Es kann auch notwendig sein, eine Anforderung aufzuerlegen, dass die Materiefelder mit einer gewissen Geschwindigkeit abfallen, wenn wir ins Unendliche gehen. Bedingung 2 drückt die Idee aus, dass alle auftretenden Singularitäten neue sein sollten, die durch Gravitationskollaps entstanden sind. Üblicherweise geht man auch davon aus, dass sich zunächst keine eingeschlossene Oberfläche gebildet hat. Der Zensurverstoß wird durch Bedingung 3 ausgedrückt. Wird 4 weggelassen, so sind eindeutige Gegenbeispiele zur Zensur bekannt. Es ist jedoch nicht bekannt, ob es hier einen angemessen strengen Weg gibt, „kleine Störungen“ zu definieren. (In technischer Hinsicht Wir haben keine Topologie oder Maßnahme, die auf der Menge aller möglichen Anfangsbedingungen definiert ist. In der bisherigen Arbeit haben Menschen einen Satz möglicher Anfangsbedingungen ausgewählt, die durch eine kleine Anzahl einstellbarer Parameter beschrieben werden, und dann versucht, Bedingung 4 unter Verwendung einer scheinbar natürlichen Topologie und eines Maßes zu testen, das auf dem Raum dieser Parameter definiert ist.) Realistisch von Materiefeldern 5 wird beispielsweise erwartet, dass sie bestimmte Energiebedingungen erfüllen.
Da die schwache kosmische Zensur verletzt zu sein scheint, wenn sie durch diese fünf Bedingungen beschrieben wird (siehe zB Joshi 2014), haben die Leute begonnen, nach zusätzlichen Bedingungen zu suchen, die die Vermutung retten könnten.
Wald (1997) schlägt vor, eine Anforderung hinzuzufügen, dass die Arten von Materie weiter auf solche beschränkt werden, die die Eigenschaft haben, dass keine Singularitäten auftreten, wenn die Metrik fest und nicht dynamisch wie in der allgemeinen Relativitätstheorie ist. Dies scheint mir eine viel zu starke Bedingung zu sein, da sie einige Formen von Materie ausschließt, die tatsächlich bei einem astrophysikalischen Kollaps existieren könnten, und es gibt auf jeden Fall Hinweise darauf, dass sie nicht ausreicht. (Einige Anmerkungen dazu gibt es im Videoseminar von Duffy 2011.)
Ein weiterer Vorschlag geht in die folgende Richtung. Wenn eine nackte Singularität auftritt, dann haben wir eine Region der Raumzeit, für die sich die Singularität innerhalb des vergangenen Lichtkegels befindet. Die lichtartige Oberfläche, die diese Region begrenzt, wird als Cauchy-Horizont bezeichnet. Ein Beobachter, der den Cauchy-Horizont überschreitet, kann beliebige Informationen beobachten, dh Phänomene, die von keinem physikalischen Gesetz vorhergesagt werden, und unendliche Energieflüsse. Penrose hat jedoch darauf hingewiesen, dass es in bestimmten illustrativen Fällen eine Tendenz gibt, Energie aus der gesamten Raumzeit vor der Singularität auf den Cauchy-Horizont zu fokussieren. Die Folge könnte dann sein, dass ein solcher Beobachter beim Passieren des Cauchy-Horizonts zerstört wird. Der Cauchy-Horizont wird also tatsächlich zu einer Singularität. Es wurde viel Mühe darauf verwendet zu überprüfen, ob dieser Mechanismus CC in bestimmten analytisch handhabbaren Fällen bewahrt (Duffy 2011). Der Mechanismus scheint jedoch für eine Raumzeit mit einer positiven kosmologischen Konstante zu versagen, was wir tatsächlich in unserem Universum haben.
Für mich sieht es so aus, als würden alle Abwehrkräfte bröckeln. Es wurde sogar über die Möglichkeit diskutiert, tatsächlich hinauszugehen und nackte Singularitäten zu beobachten (Joshi 2013, Kong 2013, Ortiz 2014).
Einige neuere Monographien und pädagogische oder Übersichtsarbeiten zu diesem Thema sind Harada 2001, Christodoulou 2008, Klainerman 2008, Joshi 2011, Isenberg 2015 und Baez 2016. Einige davon sind viel spezialisierter, als ihre Titel vermuten lassen. Ich fand Joshi 2011 nützlich, aber seine Behandlung vieler Themen ist mathematisch oberflächlich, und Sie müssen es lesen und dabei berücksichtigen, dass Joshi ein hartnäckiger Anti-CC-Falke ist.
Verweise
Baez, „Struggles with the Continuum“, 2016, https://arxiv.org/abs/1609.01421
Christodoulou, „Die Entstehung schwarzer Löcher in der allgemeinen Relativitätstheorie“, 2008, https://arxiv.org/abs/0805.3880
Duffy und Nolan, 2011, https://arxiv.org/abs/1108.1103 . Es gibt auch ein Video von Nolan, der ein Seminar zu dieser Arbeit gibt, unter http://pirsa.org/11040078 .
Harada, „Physical Processes in Naked Singularity Formation“, 2001, https://arxiv.org/abs/gr-qc/0204008
James Isenberg, „On Strong Cosmic Censorship“, 2015, https://arxiv.org/abs/1505.06390
Joshi und Malafarina, „Neueste Entwicklungen bei Gravitationskollaps und Raumzeit-Singularitäten“, 2011, https://arxiv.org/abs/1201.3660
Joshi et al., „Distinguishing black holes from naked singularities through their accretion disk properties“, 2013, http://arxiv.org/abs/1304.7331
Joshi und Malafarina, „Alle schwarzen Löcher im inhomogenen Staubkollaps von Lemaitre-Tolman-Bondi“, 2014, https://arxiv.org/abs/1405.1146
Klainerman, „Kosmische Zensur und andere große mathematische Herausforderungen der Allgemeinen Relativitätstheorie“, https://web.math.princeton.edu/~seri/homepage/papers/BE2008.pdf
Kong, Malafarina und Bambi, „Können wir die schwache kosmische Zensurvermutung beobachtend testen?“, 2013, https://arxiv.org/abs/1310.8376
Ortiz, „Beobachtungsunterscheidung zwischen schwarzen Löchern und nackten Singularitäten: die Rolle der Rotverschiebungsfunktion“, 2013, http://arxiv.org/abs/1401.4227
Penrose, „Die Frage der kosmischen Zensur“, J. Astrophys. Astr. (1999) 20, 233–248; http://www.ias.ac.in/jarch/jaa/20/233-248.pdf
Wald, „Gravitationskollaps und kosmische Zensur“, 1997, http://arxiv.org/abs/gr-qc/9710068
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